Из  водяного газа с помощью процесса Фишера-Тропша можно получать алканы и алкены. Для этого водяной  газ смешивают с водородом  и пропускают над поверхностью железного, кобальтового или никелевого катализатора при повышенной температуре и под давлением 200-300 атм.

      

      Процесс Фишера - Тропша позволяет также  получать из водяного газа метанол  и другие органические соединения, содержащие кислород:

      

      Эта реакция проводится в присутствии  катализатора из оксида хрома(III) при температуре 300°С и под давлением 300 атм.

 

      В промышленно слаборазвитых странах  такие углеводороды, как метан  и этилен, все больше получают из биомассы. Биогаз состоит главным  образом из метана. Этилен можно  получать путем дегидратации этанола, который образуется в процессах  ферментации.

 

      Дикарбид  кальция тоже получают из кокса, нагревая его смесь с оксидом кальция  при температурах выше 2000°С в электрической  печи:

      При взаимодействии дикарбида кальция  с водой происходит образование  ацетилена. Такой процесс открывает  еще одну возможность для синтеза  ненасыщенных углеводородов из кокса.

III. ПЕРЕРАБОТКА НЕФТИ

      Сырая нефть представляет собой сложную  смесь углеводородов и других соединений. В таком виде она мало используется. Сначала ее перерабатывают в другие продукты, которые имеют  практическое применение. Поэтому сырую  нефть транспортируют танкерами  или с помощью трубопроводов  к нефтеперерабатывающим заводам.

      Переработка нефти включает целый ряд физических и химических процессов: фракционную  перегонку, крекинг, риформинг и  очистку от серы.

Моторное  топливо. Октановое  число. Бензины различного происхождения по-разному ведут себя в двигателях внутреннего сгорания.

Стремясь к  максимальному повышению мощности двигателя при малых габаритах  и массе, стараются увеличить  степень сжатия горючей смеси  в цилиндре. Однако в быстроходных четырехтактных двигателях, работающих с принудительным зажиганием, при  этом иногда происходит преждевременное  воспламенение смеси — детонация. Это снижает мощность мотора и ускоряет его износ. Это явление связано с составом жидкого топлива, так как углеводороды разного строения при использовании их в качестве моторного топлива ведут себя различно. Наихудшие показатели — у парафинов нормального строения.

За стандарт горючего вещества с большой способностью к детонации принят нормальный гептан. Чем больше разветвлена углеродная цепь парафинового углеводорода, тем  лучше протекает сгорание его  в цилиндре и тем большей степени  сжатия горючей смеси можно достичь. В качестве стандарта моторного  топлива принят 2, 2, 4-триметилпентан (который обычно называют изооктаном) с хорошими антидетонационными свойствами. Составляя в различных пропорциях смеси этого октана с я-гептапом, сравнивают их поведение в моторе с поведением испытуемого бензина. Если смесь, содержащая 70% изооктана, ведет  себя так же, как исследуемый бензин, то говорят, что последний имеет  октановое число 70 (октановое число изооктана принято за 100; октановое число н -гептана принято равным нулю).

Одним из путей  повышения детонационной стойкости  топлив для двигателей с зажиганием от искры является применение антидетонаторов.

Антидетонаторы  — это вещества, которые добавляют  к бензинам (не более 0,5%) для улучшения  аптидетопацнонных свойств. Достаточно эффективным антидетонатором является тетраэтилсвинец (ТЭС) РЬ (C2H5)4

Однако бензин с ТЭС и продукты его сгорания очень токсичны. В настоящее время  найдены новые антидетонаторы на основе марганец-органических соединений типа циклопентадиеиклпснтакарбонилмарганца  С5Н5Мn (СО)5: они менее токсичны и  обладают лучшими антидетонационными свойствами. Добавление этих антидетонаторов  к хорошим сортам бензина позволяет  получать топливо с октановым  числом до 135.Для ракетных и дизельных  двигателей, наоборот, наиболее ценны топлива с нормальной цепью углеродных атомов, обладающие наиболее низкой температурой воспламенения. Эту характеристику принято оценивать в цетановых числах. Цетановое число 100 имеет углеводород н-Сц,Нд4, а цетаповое число 0 — 1-метилнафталин.

Синтез  углеводородов из CO+H2 . Пропуская над мелко раздробленным никелем смесь окиси углерода (II) и водорода при 250° С, можно получить метан:

СО+ЗН2 СН4+Н2О

Если эту реакцию  проводить при давлении 100—200 атм  и температуре до 400°С, получается смесь, состоящая главным образом  из кислородсодержащих продуктов, среди  которых преобладают спирты; смесь  эта была названа счшполом.

При применении железо-кобальтовых катализаторов  и температуре 200° С образуется смесь алканов — синтин.

nСО + (2n + 1) Н2  СnН2n + 2 + H2О

Синтин и синтол являются продуктами многотоннажного  органического синтеза и широко используются в качестве сырья для  многих химических производств.

Клатраты. Синтин и бензиновые фракции нефти состоят из смесей углеводородов нормального строения и с разветвленными цепями. Недавно был найден эффективный метод разделения органических соединений с нормальными цепями и разветвленных, получивший в общем случае название метода клатратного разделения. Для разделения углеводородов была использована мочевина. Кристаллы мочевины построены таким образом, что внутри кристаллов имеются узкие шестигранные каналы. Диаметр этих каналов таков, что внутрь их может пройти и задержаться за счет адсорбционных сил только углеводород нормального строения. Поэтому при обработке смеси органических соединений мочевиной (или некоторыми другими соединениями) вещества с нормальной цепью углеродных атомов кристаллизуются вместе с ней в виде комплексов. Этот метод имеет, безусловно, очень большое будущее — когда будет найдено большее число эффективных клатратообразователей.

1. Фракционная перегонка

      Сырую нефть разделяют на множество  составных частей, подвергая ее простой, фракционной и вакуумной перегонке. Характер этих процессов, а также  число и состав получаемых фракций  нефти зависят от состава сырой  нефти и от требований, предъявляемых  к различным ее фракциям.

      Из  сырой нефти прежде всего удаляют  растворенные в ней примеси газов, подвергая ее простой перегонке. Затем нефть подвергают первичной перегонке, в результате чего ее разделяют на газовую, легкую и среднюю фракции и мазут. Дальнейшая фракционная перегонка легкой и средней фракций, а также вакуумная перегонка мазута приводит к образованию большого числа фракций. В табл. 4 указаны диапазоны температур кипения и состав различных фракций нефти, а на рис. 5 изображена схема устройства первичной дистилляционной (ректификационной) колонны для перегонки нефти. Перейдем теперь к описанию свойств отдельных фракций нефти.

Таблица 4 Типичные фракции перегонки нефти

 

Рисунок 4 Первичная перегонка сырой нефти.

      Газовая фракция. Газы, получаемые при переработке нефти, представляют собой простейшие неразветвленные алканы: этан, пропан и бутаны. Эта фракция имеет промышленное название нефтезаводской (нефтяной) газ. Ее удаляют из сырой нефти до того, как подвергнуть ее первичной перегонке, или же выделяют из бензиновой фракции после первичной перегонки. Нефтезаводской газ используют в качестве газообразного горючего или же подвергают его сжижению под давлением, чтобы получить сжиженный нефтяной газ. Последний поступает в продажу в качестве жидкого топлива или используется как сырье для получения этилена на крекинг-установках.

      Бензиновая  фракция. Эта фракция используется для получения различных сортов моторного топлива. Она представляет собой смесь различных углеводородов, в том числе неразветвленных и разветвленных алканов. Особенности горения неразветвленных алканов не идеально соответствуют двигателям внутреннего сгорания. Поэтому бензиновую фракцию нередко подвергают термическому риформингу, чтобы превратить неразветвленные молекулы в разветвленные. Перед употреблением эту фракцию обычно смешивают с разветвленными алканами, циклоалканами и ароматическими соединениями, получаемыми из других фракций путем каталитического крекинга либо риформинга.

      Качество  бензина как моторного топлива  определяется его октановым числом. Оно указывает процентное объемное содержание 2,2,4-триметилпентана (изооктана) в смеси 2,2,4-триметилпентана и  гептана (алкан с неразветвленной  цепью), которая обладает такими же детонационными характеристиками горения, как и испытуемый бензин.

      Плохое  моторное топливо имеет нулевое  октановое число, а хорошее топливо-октановое  число 100. Октановое число бензиновой фракции, получаемой из сырой нефти, обычно не превышает 60. Характеристики горения бензина улучшаются при  добавлении в него антидетонаторной присадки, в качестве которой используется тетраэтилсвинец(IV), Рb(С₂Н₅)₄. Тетраэтилсвинец представляет собой бесцветную жидкость, которую получают при нагревании хлороэтана со сплавом натрия и свинца:

      

      При горении бензина, содержащего эту  присадку, образуются частицы свинца и оксида свинца(II). Они замедляют определенные стадии горения бензинового топлива и тем самым препятствуют его детонации. Вместе с тетраэтилсвинцом в бензин добавляют еще 1,2-дибромоэтан. Он реагирует со свинцом и свинцом(II), образуя бромид свинца(II). Поскольку бромид свинца(II) представляет собой летучее соединение, он удаляется из автомобильного двигателя с выхлопными газами.

      Лигроин (нафта). Эту фракцию перегонки нефти получают в промежутке между бензиновой и керосиновой фракциями. Она состоит преимущественно из алканов (табл. 5).

 

      Лигроин получают также при фракционной  перегонке легкой масляной фракции, получаемой из каменноугольной смолы (табл. 3). Лигроин из каменноугольной смолы имеет высокое содержание ароматических углеводородов.

 

      Бльшую часть лигроина, получаемого при перегонке нефти, подвергают риформингу для превращения в бензин. Однако значительная его часть используется как сырье для получения других химических веществ.

Таблица 5 Углеводородный  состав  лигроиновой фракции типичной  ближневосточной нефти

 

      Керосин. Керосиновая фракция перегонки нефти состоит из алифатических алканов, нафталинов и ароматических углеводородов. Часть ее подвергается очистке для использования в качестве источника насыщенных углеводородов-парафинов, а другая часть подвергается крекингу с целью превращения в бензин. Однако основная часть керосина используется в качестве горючего для реактивных самолетов.